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板與殼的振動(dòng)

佚名 2025-03-26 11:19:54

在古代各種樂器中

,有些是利用板振動(dòng)發(fā)聲的
,如古老的磬是石板,鑼
、鈸是金屬板。將板彎曲成殼體,利用殼振動(dòng)發(fā)聲的
,如鐘
、鈴等樂器
。在中國(guó)傳統(tǒng)的音樂文化中,鐘磬之音
、金石之聲
,備受青睞
,有關(guān)的聲學(xué)知識(shí)也就特別豐富

磬起源于石器時(shí)代人們打磨石器的勞動(dòng)

。將石塊作成一定的板式,并按照音高將它們成組地編掛在樂架上
,就稱為編磬
。它的出現(xiàn)不晚于殷商時(shí)期
。在湖北江陵和隨縣發(fā)現(xiàn)的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的編磬分別為28具和32具,其音域都在三個(gè)八度內(nèi)
。從這些磬的大小、厚薄及發(fā)音高低看
,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期人們已認(rèn)識(shí)到,磬板越大
、越薄
,其振動(dòng)發(fā)聲越低
;磬板越小、越厚
,其振動(dòng)發(fā)聲越高
。成書于春秋戰(zhàn)國(guó)之際的《考工記》科學(xué)地記下有關(guān)板振動(dòng)的知識(shí):如果磬板發(fā)聲太高
,就磨銼板的兩個(gè)正面
;如果磬板發(fā)聲太低,就磨銼板的端面
。這個(gè)調(diào)音技術(shù)很符合板振動(dòng)的發(fā)聲原理。在磬板的兩個(gè)正面磨銼
,使它相對(duì)地變薄
,其發(fā)聲就降低
;如果在它的幾個(gè)端面磨銼,就使它相對(duì)地變厚
,于是發(fā)聲升高

中國(guó)的鐘可能起源于原始社會(huì)晚期

,這些原始鐘可能是竹制
、木制或陶制的
。銅鈴或銅鐘產(chǎn)生于商初。在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期
,銅鐘的制造技術(shù)達(dá)到極高水平
。將幾個(gè)、十幾個(gè)
、甚至幾十個(gè)鐘按其大小和一定音調(diào)形式編掛在鐘架上
,就稱為編鐘
。1978年湖北隨縣曾侯乙墓中發(fā)掘保存完好的編鐘64件
,總重量達(dá)2500多公斤
,總音域跨五個(gè)八度之多。后來又在曾侯乙墓附近的擂鼓墩二號(hào)墓中發(fā)掘出編鐘36件
。這兩個(gè)墓編鐘數(shù)量之多
,藝術(shù)之精湛
,所含科學(xué)文化內(nèi)容之豐富,成為中華民族史上古老燦爛的“百鐘文明”
,也成為世界文化史上的一大奇跡

如果將中國(guó)傳統(tǒng)的編鐘和西方以及印度傳統(tǒng)的教堂寺廟鐘(即圓形鐘)作一比較

,(圖3-2)人們不難發(fā)現(xiàn)它們結(jié)構(gòu)形狀各具特點(diǎn):

編鐘外形為橢球殼狀,其橫截面為橢圓

;圓形鐘的外形為圓球殼狀
,其橫截面為圓。

編鐘外表有許多突起的乳頭和花飾

;圓形鐘一般地外表光滑

圖3-2編鐘及其各部分名稱示意圖(左)

;西方圓形鐘(右)。

編鐘的鐘肩是橢圓平面

;圓形鐘的鐘肩是半圓球形。

編鐘的內(nèi)表面經(jīng)調(diào)音磨銼

,現(xiàn)出一道道豎直的條形聲弓;圓形鐘的內(nèi)表面呈現(xiàn)整齊劃一的聲弓結(jié)構(gòu)

編鐘懸掛牢固,從不搖晃

;圓形鐘懸掛不牢
,容易晃動(dòng)
,不少鐘還帶有鐘舌

由于以上特點(diǎn)

,編鐘和圓形鐘的發(fā)聲有巨大差別。圓形鐘在被擊之后
,聲音悠揚(yáng)長(zhǎng)久,各種諧波分音很難衰減
,特別是其嗡音不易消失,被連續(xù)敲擊之后
,發(fā)音相互干擾
,因此,不能作為樂器使用
。而編鐘發(fā)聲短,容易衰減
,據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,在敲擊之后0.5秒
,全部高諧音消失
,基音也開始衰減
,一秒之后基音也消失大半
,因此完全可以作為樂器使用,并適宜于慢速
、中速以及較和緩的快速旋律的演奏
。在歷代各種文獻(xiàn)中
,對(duì)于編鐘的結(jié)構(gòu)形狀以及它們對(duì)發(fā)聲的影響有許多記述,尤其是沈括曾對(duì)編鐘與圓鐘的發(fā)音特點(diǎn)作了極好的科學(xué)總結(jié)

在大量已發(fā)掘的編鐘中,人們發(fā)現(xiàn)其中不少編鐘有“一鐘雙音”現(xiàn)象

,即在一個(gè)鐘體上敲擊其正中位置發(fā)出一個(gè)樂音,稱為中鼓音
;敲擊其旁側(cè)又發(fā)出一個(gè)樂音,稱為側(cè)鼓音
。中鼓音與側(cè)鼓音往往構(gòu)成三度諧和關(guān)系
。經(jīng)過科學(xué)家們的研究分析
,才揭開這個(gè)古老的雙音之謎
。原來,這些鐘都經(jīng)過樂師與樂工的磨銼調(diào)音
,編鐘的條形聲弓就是調(diào)音時(shí)磨銼的結(jié)果
。從聲學(xué)上看
,這二個(gè)音的振動(dòng)模式井然有序
,互不干擾:中鼓音的振動(dòng)波腹區(qū)是側(cè)鼓音的振動(dòng)波節(jié)區(qū)
,中鼓音的振動(dòng)波節(jié)區(qū)是側(cè)鼓音的振動(dòng)波腹區(qū)
。反之亦然。這樣
,在編鐘的兩個(gè)敲擊區(qū)分別敲擊時(shí),它們的振動(dòng)波節(jié)與波腹恰巧互相錯(cuò)開了
。因此
,一個(gè)鐘體能發(fā)出二個(gè)“基音”。這是古代中國(guó)人對(duì)殼體振動(dòng)的最偉大的創(chuàng)造性應(yīng)用
,以致我們今天還花費(fèi)了眾多的科學(xué)勞動(dòng)
,應(yīng)用了幾乎最先進(jìn)的儀器設(shè)備才揭開古代人創(chuàng)制雙音鐘的聲學(xué)之謎

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